Введение к работе
Актуальность изучения термических и радиационно-стммулирозанных напряжений (деформаций) в сверхпроводниках связана с перспективой их использования в магнитных системах, работающих в радиационных полях [Влияние облучения на *иэические свойства перспективных упорядоченных сверхпроводников [Л.С.Александров, Э.Е.Архипов, Б.Н.ГошипкиП, В. Ф. Елесин.- М.: Энергоатомиздат, 1989]. Одна из наиболее существенных проблем в этой области связана с высокой чувствительностью как традиционных сверхпроводников со структурой А15 (NbaSn и др.), так и нових оксидных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) со структурой, производной от иеровскита с де^ициток кислорода, к дефектам кристаллической структуры, которые возникают при радиационном воздеистрии [С.Ф.Елесик, И.А.Руднев Влияние радиационных дефектов на критический ток высокотемпературных сверхпроводников (обзор)- СФХТ,4, 11, 2055-2071, 1991]. Для понимания причин деградации сверхпроводящих свойств необходимо изучать корреляцию параметров сверхпроводимости с изменением структурных параметров. Такие данные позволяют глубже понять шизику сверхпроводимости D этих соединениях.
Токонесущие изделия вследствие различия в коэффициенте термического расширения (КТР) собственно сверхпроводника и стабилизирующей матрицы (Си, As, А1 и т.д.) при работе в реальных технологических режимах будут находиться в напряженной состоянии. К изменению напряженного состояния ведет также саи способ изготовления композитов на основе А15 ди**узнойными иетодамл (объем Фазы А15 больше, чем суммарный объем Nb и Sn [Kwasnitsa К. , Narlikar А. V. .Hissen Н. U. , Salathe D. /Criosenics, 1980, 20, 12, 715-718]. При изготовлении композитов на основе ВТСП заключительный отжиг также ведет к сильному изменению объема, особенно в случае Y123. Протекание транспортного тока за счет пондермоторных сил изменит это состояние. Пребывание в радиационных полях также ножет оказать влияние но напряжения (де+ормации). Все это делает задачу исследования поведения сверхпроводников в напряженном состоянии в радиационных полях весьма актуальной.
В настоящее время считается установленной универсальность изменения свойств сверхпроводников со структурой Л15 за счет
изменения параметров пика электронной плотности состояний вблизи поверхности Ферми при облучении различными частицами и в различных условиях. Эта универсальность связана с тем, что в сверхпроводниках А15 основный типом 'дефектов, приводящих к деградации Тс, являются дефекты замещения (90 влияния на Тс). Однако эти выводы были сделаны без учета возможных механических напряжений (деформаций) в образцах.
Влияние радиационных и других дефектов на оксидные ВТСП в настоящее время находится в центре внимания. Высокотемпературные сверхпроводники при облучении быстро теряют сверхпроводимость '(на порядок быстрее, чем сверхпроводники А15), причем для них существует критический ч>люенс, полностью разрушающий сверхпроводимость. Согласно развитый к настоящему времени теоретическим моделям [Елесин 8.Ф. -СФХТ, 1991, т.4, №4» с.659], радиационные дефекты, а т а кже немагнитные примеси могут рассматриваться с единой точки зрения, что позволяет говорить об универсальности изменения свойств ВТСП. Исследование влияния напряжений (деформаций) на свойства этих соединений также весьма актуально.
Цель, работы; исследование методами рентгеновской дифракции напряжений (деформаций) в сверхпроводниках,, а также анализ их корреляций с параметрами де*ектности и сверхпроводимостью, в том числе после ионного облучения.
Научная НР.ВЙЗНД результатов в диссертации:
- разработана методика рентгеновской тензометрии тонких пленок
А15 и ВТСП, методика анализа напряжений (деформаций) 2-го рода и
размера области когерентного рассеяния рентгеновских лучей (ОКР)
в тонких пленках, а также методика определения коэффициента
Пуассона v для пленок, находящихся в напряженном состоянии;
* впервые проведены исследования напряженного состоянии пленок А15 с различным соотношением толщины пленки и подложки, показано, что напряженное состояние является плоский однородным (а=е>хх-ауу, ozz-O, ось z совпадает с нормалью к пленке); получены зависимости критической температуры и ширины сверхпроводящего перехода (Тс, ДТс, соответственно) от уровня механических напряжений;
- установлено, что напряжения (де*орнации) 2-го рода в А15
анизотропны, обнаружены корреляции напряжений (деформаций) 2-го
рода и ДТс;
- установлено, что вклады в снижение критической температуры А15
от механических напряжений и от радиационных дефектов "аддитивны
(по крайней мере в области изученных доз F«0-O.t смещений на атом
и напряжений с-О-20 ГПа);
произведено исследование поведения . структурных параметров пленок HbsSn различной степени дефектности, получены температурные зависимости структурных параметров, коэффициента термического расширения, неханическнх напряжений и коэффициента Пуассона;
- установлено, что' коэффициент Пуассона весьпа чувствителен к
течпературе для необлученного НЬзЗп, при облучении v растет и
перестает зависеть от температуры, обнаружены изменения
коэффициента термического расширения о(Т) ИЬзБп при облучении, но
. суммарная термическая деч-орнация HbsSn в интервале температур 4-ЗООК (/ct иа основании анализа полученных.зависимостей и из сравнения с теоретическими моделями установлено, что при облучении радиационная стойкость А15 в напряженном состоянии практически такая же, как и в ненапряженном; проведен сравнительный анализ поведения напряженных композитов на основе V„Oo и Hb„Sn в радиационных полях, установлено, что Тс V„On менее чувствительна к ионному облучению и к механическим напряжениям, радиационно-стииулировавное распухание VgGa в 5-6 раз менее выражено, чем в NbgSn, выявлено, что дефектное состояние V„Ga более сложное, чей NtuSn, в котором при облучении возникают в основном дефекты разупорядочения; проведены сравнительные исследования поведения в радиационных полях неориентированных пленок Nb_Sn и YBa2Cu30x> находящихся в напряженной состоянии; Практическая ценность работы; Разработанные методики позволяют определять напряжения 1 и 2 рода в пленочных материалах, а также проводить структурные исследования широкого класса материалов с любой степенью симметрии элементарной ячейки. Полученные ^результаты способствуют-лучшему пониманию природы сверхпроводимости в Hb3Sn, VeGa и УВогСизОх. Полученные с большой точностью и лишенные систематических ошибок, обусловленных нёучетои механических напряжений, зависимости критической температуры от структурных параметров дают возможность сравнения с теоретическим! моделями. Результаты работы погут быть использована при проектировании сверхпроводящих магнитных систем, работающих в радиационных полях. Данные о температурных зависимостях структурных параметров NbeSn до и после облучения важны в Фундаментальном и практическом плане. Большую практическую ценность для проектирования CMC и прогноза ее радиационной стоикости имеют полученные в диссертации сведения об аддитивном характере влияния напряжений и радиационных дефектов на критические параметры и о восстановлении свойств облученных УзСЗа и NbeSn при отжиге при различных температурах. На защиту выносится следующие основные положения: 1. Методики рентгеновской тензометрии и анализа еубструктуры пленок. 2- Новые экспериментальные данные о структурных изменениях в соединениях А15 и ВТСП при облучении различными частицами. 3. Вывод об аддитивности влияния*на Тс механических напряжений и ионного облучения в сверхпроводниках А15. 4. Сравнение поведения напряженных композитов на основе Nb„Sn 5. Обнаруженные различия в поведении термических и радиационно-стииулированных механических напряжений в пленках А15 и ВТСП. Апробация ре.зультдто^ диссертационной Работы: Основные результаты диссертации доложены на XXV Всесоюзном совещании по Физике низких температур , Ленинград 25-27 Октября 1988, на Второй Дальневосточной школе- семинаре по шизике и химии твердого тела в г. Благовещенске 24 июня- 8 июля 1988, International Workshop Effects of Strong Disordering in HTSC,June 25-29, 1990 Zareehny, USSR, на 2-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Прикладная рентгенография металлов", Ленинград, сентябрь 1990 г., на Всесоюзной конференции "Радиационное воздействие на материалы термоядерных реакторов", Ленинград, декабрь 1990 г., на 1 Межгосударственной конференции "Материаловедение высокотемпературных сверхпроводников", Харьков, 5-9 апреля 1993, European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS'93), Oct '1-8J993, OoXUnsen (Germany). По тепе диссертации опубликовано 20 работ.